医用电气设备电磁兼容标准YY0505/IEC60601-1-2

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1  静电放电抗扰度测试

静电放电抗扰度测试标准主要有三类：*类是标准，如IEC61000-4-2；第二类是地区性标准，如EN61000-4-2，GB/T17626.2；第三类是各产品族的抗扰度标准，如医用电气设备YY0505。GB/T17626.2/IEC61000-4-2是被接受和引用zui广泛的标准。绝大多数的产品族标准的静电放电测试标准都是在其基础上增加若干细节或做一些改动。

1.1 静电放电发生器

静电放电发生器用于模拟人体或物体对邻近的电气和电子设备静电放电时的情况，还包括从人体到靠近关键设备的物体之间可能发生的静电放电。目的在于建立通用和可重现的基准，以评估电气和电子设备在受静电放电时的性能。

静电放电实验一般使用四种静电放电模型：人体模型、机械模型、带电设备模型和人体金属模型。人体模型是模拟人带电（通过运动等方式），然后人通过触摸设备上的导体进行放电；机械模型则是模拟机械设备带电的情况；带电设备模型，是模拟IC等器件本身由于接触分离及摩擦如从管内倒出带电，在接触或使用器件时发生的静电放电；我们zui常使用的则是人体金属模型，它是模拟带电的人手持金属物体，接触设备并进行放电的情况。标准IEC61000-4-2采用人体金属模型，主要参数为储能电容C_S：150pF；放电电阻R_d：330Ω。如图1所示。

图1 静电放电发生器简图

人体金属放电模型在静电放电的严酷程度上相对于其他模型要高很多。因为在同等的严酷程度等级及负载相同的情况下，人体金属放电模型所释放的能量是其他模型的十几倍甚至几十倍。

3.2 静电放电发生器的校准

静电放电发生器的校准特性参数主要是放电电压和放电电流。放电电压要求为：2-15kV，允差±5%。放电电流波形如图2所示，放电电流的波形参数要求如表1所示。

图2 放电电流波形

表1 波形参数

等级	指示电压 kV	放电的*个峰值电流（±10%） A	放电开关操作时的上升时间tr（±25%） ns	在30ns时的电流（±30%） A	在60ns时的电流（±30%） A
1	±2	7.5	0.7～1	4	2
2	±4	15	0.7～1	8	4
3	±6	22.5	0.7～1	12	6
4	±8	30	0.7～1	16	8

发生器校准主要设备：高压表、高速示波器、放电靶及法拉第笼或屏蔽室。高压表的量程≥15kV，输入阻抗≥1GΩ；高速示波器的模拟带宽≥2GHz；放电靶应符合GB/T17626.2/IEC6100-4-2标准附录中的要求，放电靶       衰减器        电缆链路的带宽≥4GHz，插入损耗的变化不应超过±0.5dB（＜1GHz时）和±1.2dB（1GHz～4GHz时）。

避免静电放电产生的辐射场影响示波器和电缆，需要使用法拉第笼或屏蔽室来放置示波器。法拉第笼或屏蔽室用于安装放电靶的前面板的面积至少为1.2m×1.2m，从靶到平面的边缘至少0.6m，如图3所示。

图3 静电放电发生器校准连接示意图

   发生器的接地线一般为标准要求的2m接地线，也可使用较长的接地线，但是必须能满足波形校准的要求。校准所使用的接地线应与实际测试时所使用的接地线一致。接地线连接在靶下方0.5m处的靶平面底部中心的端子上。应从接地线的中部将其向后拉起，形成一个等边三角形。在校准过程中，不允许将接地线放置在地板上。

3.2 试验布置与试验方法

    GB/T17626.2/IEC6100-4-2中规定了二种试验布置：台式设备和落地式设备的试验布置。台式设备：置于参考平面上0.8m高的木桌；并用一个厚0.5mm的绝缘衬垫将受试设备和电缆与水平耦合板隔离；水平耦合板（HCP）面积为1.6m×0.8m，。落地式设备：用厚度约为0.1m的绝缘支架将落地式设备和电缆与接地参考平面隔离。

地面应设置接地参考平面，zui小尺寸为1m²，实际尺寸取决于受试设备的尺寸，而且每边至少应伸出受试设备或耦合板之外0.5m，并与保护接地系统相连。受试设备与实验室墙壁和其他金属性结构之间的距离zui小1m。耦合板须经过每端带有一个470kΩ电阻的电缆与接地参考平面连接。

试验过程中须注意的几点问题：

1）接地设备

不接地设备或设备的不接地部件不能自行放电。为了防止受试设备或受试设备的部件上的电荷累积，在施加每个静电放电前，应通过470kΩ泄放电阻消除施加静电放电的部位上的电荷。

2）静电放电点的选择

静电放电只施加在正常使用时人员可接触到的受试设备上的点和面。除了：

a） 在维修时才接触到的点和表面。

b） zui终用户保养时接触到的点和表面。

c） 设备安装固定后或按使用说明使用后不再能接触到的点和面。

d） 外壳为金属的同轴连接器和多芯连接器可接触到的点，仅对连接器的外壳施加接触放电。非导电连接器内可接触到的点，应只进行空气放电。

e） 由于功能原因对静电放电敏感并有静电放电警告标签的连接器或其他接触部分可接触到的点。

f）如设备制造厂家未说明表面涂漆为绝缘层，则发生器的电极头应穿入漆膜，以便与导电层接触。如厂家指明涂漆是绝缘层，则应只进行空气放电。

4  静电放电的整改及案例分析

4.1 静电放电的整改

    静电放电方式一般分为接触放电方法和空气放电方法。静电放电干扰可以通过传导和辐射两种方式进行干扰。

传导方式是某个电路部分构成了放电路径，静电放电电流直接侵入设备内电路。辐射方式,即静电放电时产生的尖峰电流,这种电流包含有丰富的高频成分（频率可超过1GHz）。从而辐射磁场和电场。而设备电缆甚至PCB板上的走线会变成非常有效的接收天线。会在典型的电路中感应出较高的电平噪声。因此损坏更有可能在传导耦合时产生，而辐射耦合通常只导致失常。

根据静电放电干扰原理，整改思路主要有：

1）把静电泄放到大地或者对地阻抗zui小的点或面上，阻止静电放电电流直接通过传导方式侵入设备内部电路。

2）加强绝缘击穿距离，阻断静电放电的路径，使其无法放电，从而无法通过传导或辐射方式干扰设备的内部电路。

3）对敏感的器件或电路进行防护或屏蔽措施，抑制传导方式的干扰电流及吸收和屏蔽辐射方式的干扰电流，避免干扰电流通过传导或辐射方式侵入设备内部电路。

抑制静电放电干扰器件的特性必须具备响应速度要快、通流量要高、钳位电压要低。一般有：TVS管、压敏电阻和电容等等。TVS管和压敏电阻主要是能吸收器件上的瞬时脉冲产生的瞬时电流，防止敏感器件损坏或误动作；电容可以对静电电流产生的干扰信号进行滤波处理。

4.1 空气放电

空气放电对的开关、指示灯、按钮等绝缘部分进行测试，当静电电压达到一定程度，就会击穿绝缘间隙，泄放到大地，中间可能经过单板或者耦合到单板上，产生损坏或误动作。整改时主要观察具体的放电点还有周边的一些敏感电路。此类问题的整改主要有三种处理措施：

1）结构处理

增加绝缘厚度，增长放电路径距离即爬电路径距离，从而阻断静电放电路径。比如在液晶显示面板、键盘之类上增加绝缘贴膜。

2）关键电路处理

对敏感电路增加防护器件，吸收和滤除静电放电对敏感器件产生的干扰。

3）PCB布线处理

对于敏感电路走线，应减小环路，增加地线回流，同时要进行滤波处理。

4.2 接触放电

    接触放电主要对设备金属结构部件放电，如金属外壳、连接器等，直接泄放静电，通常由于静电泄放不畅或静电泄放过程中，产生电磁场对设备敏感电路或芯片造成干扰。此类问题的整改主要有四种处理措施：

1）改善接地，减少接地阻抗。

2）改善搭接，需要多点搭接，必要时增加导电布或金属锯齿簧片加强接触，保证接地可靠。

3）对于无接地外壳：把接口防护器件连接到对地阻抗zui小平面。

4）对于敏感电路需要增加防护器件或进行屏蔽处理来阻止静电放电产生的干扰。

4.3 案例分析

空气放电案例分析：

问题：对触摸屏进行空气放电试验时，系统死机。

原因：空气放电试验时，静电通过触摸屏表面及外壳周围缝隙路径进行静电放电，导致干扰信号侵入内部电路，造成系统死机。

处理方法：通过结构处理，对触摸屏在不影响触摸感应灵敏度的情况下，增加一层绝缘薄膜，增加绝缘厚度；对缝隙进行绝缘隔离，增长放电路径长度，阻断静电放电，使其静电放电放不出去，进而干扰不了内部电路。如图4所示。

图4 整改后结构图

接触放电案例分析：

问题：对金属外壳、VGA连接器进行接触放电试验时，屏幕黑屏，无显示、系统重起。

原因：接触放电试验时，静电通过金属外壳、连接器、VGA接口进行放电，干扰信号通过传导方式侵入内部电路并且放电产生的电磁脉冲通过辐射方式耦合到内部电路，造成屏幕黑屏，无显示、系统重起。

处理方法：通过对连接器进行干扰抑制，加装带滤波电容的连接器，对干扰信号直接泄放到地并且进行了滤波；同时加装屏蔽壳，屏蔽静电泄放产生的电磁脉冲干扰。如图5所示。

图5 整改后结构图

5 结语

   通过对GB17626.2/IEC61000-4-2静电放电抗扰度测试标准的介绍，特别是静电放电的试验目的、静电放电生器原理和校准、静电放电的试验布置、试验方法等。然后根据静电放电的原理及放电方式进行了静电放电失败的整改措施和处理方法详细的描述，zui后通过针对性的整改案例加深对标准和整改措施、方法的理解。